到底什么是复合材料？
复合材料在基体材料内嵌入增强材料的宏观混合物。复合结构由复合材料制成，可以有多种形式，如单向纤维复合材料、机织织物或蜂窝结构。
Abaqus 使用多种不同的方法来为复合材料建模
1)微观：在这种方法中，基体和增强体被建模为单独的可变
2)宏观：在这种方法中，基体和增强体被当作一块均质材料建模为单独的可变形连续体。当当单根纤维的微观行为及其与基质的相互作用很重要时，不能使用这种方法。
3)混合建模：在这种方法中，复合结构被建模为单一正交各向异性（或各向异性）材料。当结构的整体行为比其微观水平的行为更重要时，这一点很重要。单一材料定义（通常是各向异性）足以预测全局行为。
复合材料层压板的分析：
复合材料层压板由多层制成。每层（也称为帘布层）具有独特的厚度，并且每层中的增强纤维排列方式不同。层板排列形成层压板的顺序称为堆叠顺序。在 Abaqus 中对此进行建模的最简单方法是使用混合建模方法。这将包括定义每个层的正交各向异性属性、厚度、纤维方向和堆叠顺序，这些反过来又控制其结构行为。
通常，层压板的特性是直接从实验或其他应用中获得的。这些属性可以采用 A、B、D 矩阵的形式，定义层压板的刚度。在这种情况下，宏观方法可用于层压板的结构分析。这种方法本质上可以被认为是宏观的，因为等效的截面属性是在 Abaqus 截面定义中导出和使用的。也可以说这是一种混合建模方法，因为截面刚度是基于铺层得出的。
以下示例展示了如何从铺层信息中导出 A、B、D 矩阵，并在 Abaqus 的通用壳截面定义中使用它们。
经典层合理论的假设：
这里显示的层压复合材料的宏观建模方法基于经典层压理论 (CLT)。为了准确实施 CLT，需要满足以下假设：
• 穿过层压板厚度的位移分量是连续的，并且层压板的相邻层之间没有滑移。
• 每层均处于平面应力状态。
• 层压板发生变形，使得垂直于中平面的直线在变形后保持笔直并垂直于中平 面，并且板的厚度不会因变形而改变
例子：
复合板由 2 层环氧树脂中的单向纤维组成（图 1）。每层厚度为 0.1mm，两层的正交各向异性材料属性如下：
这里，方向1是指纵向（沿着纤维），2是指横向（垂直于层板平面中的纤维），3是指垂直于层板的方向。因此，这些方向是层的局部方向。
为了使用这种方法，需要知道层的堆叠顺序。本示例中的堆叠顺序为 {0/90}，这意味着第一层中的纤维的取向方向与第二层中的纤维垂直。令第一层具有沿全局 X 轴取向的纤维，第二层具有沿全局 Y 轴取向的纤维。
图1
假设每层均处于平面应力状态，则所得应力与广义应变相关，使用以下方程：
上式中的刚度项与正交各向异性材料的常用工程常数之间存在以下关系：
这些是每个层沿主层方向的局部刚度项。由于每层的主方向不同，因此上面为每层计算的局部刚度分量需要旋转到系统 (1, 2, 3)，这可以通过坐标系变换来实现，并得出以下关系：
因此 以上Qij项是沿标准壳基础方向的刚度系数。
然后可以根据这些刚度系数和层压板的几何构造来定义等效截面刚度。由以下三个矩阵：
这里m,n表示特定的层。因此 A/B/D取决于层的材料特性和纤维取向。
这些方程中的ℎm 和 ℎm-1分别表明m层底面和上表面。hm 是 第m 层板底面与层压板中平面的距离。该命名法如下图所示：
A/B/D矩阵提供了通用性的层压板刚度，因此具有非常重要的结果。A矩阵是法向矩阵，其项与法向应力和应变相关。B矩阵是耦合矩阵，它将弯曲应变与法向应力以及法向应变与弯曲应力相关联。第三个矩阵称为D矩阵及其项与弯曲应变和应力相关。请注意，横向剪切刚度项也可以根据基础方程计算，但在本示例中被忽略。ABD矩阵计算器：https://abdcomposites.com/
这些 A、B 和 D 矩阵可以组合并直接用于 Abaqus 中的通用壳截面定义中：
A、B、D 矩阵非常重要，因为它们提供了壳截面上的层压板刚度和层压板广义截面之间应变的直接关系。
{N} = [D]:{E}
此外，这些矩阵可用于确定平面内工程常数，该常数可进一步用于复合材料的结构分析。
